JP2001113456A - Ｃｍｐ装置用コンディショナー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＣＭＰ用ポリッシングパッド面を押さえ付け、
該パッドの平坦性を向上させるとともに、該パッドのコ
ンディショニングを効果的に行う機能を有するＣＭＰ装
置用コンディショナーを提供する。 【解決手段】ポリッシングパッド面を押さえ付け、該パ
ッドを平坦化させるとともに、パッドのコンディショニ
ングを行う機能を有するコンディショナーであって、ポ
リッシングパッド面に接する端面の内周側にエッジを鈍
化した超砥粒面を設け、かつそれより外周側に鋭利なエ
ッジをもつ超砥粒面を設けてなるＣＭＰ装置用コンディ
ショナーである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＣＭＰ装置用コンデ
ィショナーに関する。さらに詳しくは、本発明は、シリ
コンウェーハを保持し、かつＣＭＰ用ポリッシングパッ
ド面を押さえ付け、該パッドの平坦性を向上させるとと
もに、該パッドのコンディショニングを効果的に行う機
能を有し、しかもコンディショニング性能に優れ、その
寿命の長いＣＭＰ装置用コンディショナーに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体ウェーハの表面を研磨する
ウェーハ加工装置では、円盤状の定盤の上に研磨用ポリ
ッシングパッドを貼り付け、定盤上面に１枚又は複数枚
のウェーハを載置し、これらウェーハをポリッシングパ
ッド上でキャリアにより強制回転させつつポリッシング
パッドとウェーハの間に微細な研磨粒子と研磨液を供給
して、界面の化学的機械的作用によりケミカルメカニカ
ルポリッシング（ＣＭＰ）を行っている。ポリッシング
パッドとしては、ポリエステル不織布にポリウレタン樹
脂を含浸させたベロアタイプパッド、ポリエステル不織
布を基材としてその上に発泡ポリウレタン層を形成した
スエードタイプパッド、あるいは独立気泡を有する発泡
ポリウレタンのパッドなどや、さらにこれらの多層構造
体などが使用されている。また、研磨粒子としては、酸
化鉄、アルミナ、炭酸バリウム、酸化セリウム、コロイ
ダルシリカなどの中から、また、研磨液としては、水酸
化カリウム溶液などのアルカリ性溶液、希塩酸などの酸
性溶液、さらには過酸化水素水や硝酸鉄水溶液などの中
から、被ポリッシング物の種類などに応じて適宜選択さ
れる。例えば、ケイ素の酸化膜をポリッシングする場合
には、通常研磨粒子としてコロイダルシリカなどが用い
られ、かつ研磨液としてアルカリ性溶液が用いられる。
一方、タングステン、銅、アルミニウムなどの金属膜を
ポリッシングする場合には、通常、研磨液として酸性溶
液が用いられる。このようなウェーハの研磨を繰り返す
うちに、研磨粒子や研磨屑などがポリッシングパッドの
微細な孔に入り込んで目詰まりを起こしたり、研磨粒子
とウェーハの化学反応熱によってポリッシングパッドの
表面が鏡面化して、研磨速度が低下してしまう。このた
め、ポリッシングパッドの表面を再生して研磨速度を回
復させる、いわゆるコンディショニングと呼ばれる操作
を常時又は定期的に行う必要があり、このような操作に
はコンディショナーと呼ばれる工具が使用される。ダイ
ヤモンド砥粒は優れたコンディショニング材料であり、
ダイヤモンド砥粒を利用した半導体ウェーハ研磨用のポ
リッシングパッドのコンディショニングが実用化されて
いる。このようなＣＭＰ用ポリッシングパッドのコンデ
ィショナーに対しては、ポリッシングパッドの摩耗をで
きるだけ抑えることができ、かつパッドの表面状態を常
に所望の研磨速度が得られるように一定に保持しうるこ
と、及び砥粒の脱落がなく、パッドに目詰まりを起こさ
せないことなどが要求される。ところで、ＣＭＰ装置に
おいては、ポリッシング中にウェーハが飛び出さないよ
うに、通常ステンレス鋼製の保持具によって該ウェーハ
が保持されている。そして、この保持具は、従来、その
端面とポリッシングパッド面との間に若干の隙間ができ
るように配置されていた。しかしながら、この場合、ウ
ェーハの中心部と外周部との間で研磨度に差が生じると
いう問題があった。この場合、保持具でパッドを押さえ
つけるようにすれば、パッドの平坦性が向上し、その結
果、中心部と外周部との間の研磨度の差が小さくなる
が、保持具とパッドとが接触するため、保持具の摩耗が
激しくなるのを免れないという問題が生じる。そこで、
このような問題を解決するために、保持具のポリッシン
グパッドと接する端面にダイヤモンドなどの超砥粒を固
着させ、保持具の摩耗を防止し、かつ該パッド面を押さ
え付け、パッドの平坦性を向上させるとともに、パッド
面のコンディショニングを行う機能をもつ保持具型コン
ディショナーが提案されている（特開平８−１４８４５
３号公報）。図１は、上記保持具型コンディショナーの
１例の部分断面図であって、保持具台金１の端面に、パ
ッドの平坦性を決める平坦部ａとパッドのコンディショ
ニングに強く作用するＲ部ｂとからなる鋭利なエッジを
持つ超砥粒面２が設けられた構造が示されている。各砥
粒は電着などによる金属結合材３によって台金１の端面
に固着されている。しかしながら、このような従来の保
持具型コンディショナーにおいては、パッドの平坦性を
向上させるために、コンディショニングとしては過大な
荷重がかけられ、その結果、砥粒のエッジ摩耗が速くて
研磨レートの低下が著しく、コンディショナーとしての
寿命が短い上、使用初期にはパッドが削れすぎるなどの
問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、ＣＭＰ用ポリッシングパッド面を押さえ
付け、該パッドの平坦性を向上させるとともに、該パッ
ドのコンディショニングを効果的に行う機能を有し、し
かもコンディショニング性能に優れ、その寿命の長いＣ
ＭＰ装置用コンディショナーを提供することを目的とし
てなされたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の優
れた機能をもつＣＭＰ装置用コンディショナーを開発す
べく鋭意研究を重ねた結果、コンディショナーのポリッ
シングパッド面に接する端面に設けられる超砥粒面は、
主として、内周側のパッドの平坦化に寄与する部分と外
周側のコンディショニングに寄与する部分に分けられる
ことに着目し、(１)内周側にエッジを鈍化した超砥粒面
を設けることにより、コンディショナー及びパッドの摩
耗を抑制するとともに、砥粒の摩耗も少なく、かつパッ
ドの平坦性を効果的に向上させうること、(２)外周側に
鋭利なエッジをもつ砥粒面を設けることにより、パッド
を効果的にコンディショニングすることができ、しかも
該砥粒面を緩斜面にし、その傾斜角度や形状を変えるこ
とによって、砥粒に作用する荷重を分散させ、パッドの
削れ具合を任意に変えることができ、また砥粒の摩耗も
減少しうるので、長寿命化が図られること、(３)この外
周側の砥粒面部を交換可能や突き出し可能にすることに
より、切れ味が低下してもコンディショナー全体を取り
換える必要がないので、工業的に極めて有利であること
を見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成した
ものである。すなわち、本発明は、（１）ＣＭＰ装置に
装着され、ポリッシングパッド面を押さえ付け、該パッ
ドを平坦化させるとともに、ポリッシングパッドのコン
ディショニングを行う機能を有するコンディショナーで
あって、ポリッシングパッド面に接する端面の内周側に
エッジを鈍化した超砥粒面を設け、かつそれより外周側
に鋭利なエッジをもつ超砥粒面を設けたことを特徴とす
るＣＭＰ装置用コンディショナー、（２）ポリッシング
パッド面に接する端面の内周側の水平平坦部にエッジを
鈍化した超砥粒面を設け、かつそれより外周側に向かっ
て該パッド面から遠ざかる緩斜面に鋭利なエッジをもつ
超砥粒面を設けた第１項記載のＣＭＰ装置用コンディシ
ョナー、（３）緩斜面の傾斜角度を自在に変えることが
できる構造をもつ第２項記載のＣＭＰ装置用コンディシ
ョナー、（４）外周側に設けられた鋭利なエッジをもつ
超砥粒面を有する部分が交換可能な構造をもつ第１項、
第２項又は第３項記載のＣＭＰ装置用コンディショナ
ー、（５）外周側に設けられた鋭利なエッジをもつ超砥
粒面を有する部分が、ポリッシングパッド面に対し、突
き出し可能な構造をもつ第１項、第２項又は第３項記載
のＣＭＰ装置用コンディショナー、及び（６）シリコン
ウェーハの保持具となっている第１項、第２項、第３
項、第４項又は第５項記載のＣＭＰ装置用コンディショ
ナー、を提供するものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のＣＭＰ装置用コンディシ
ョナーは、シリコンウェーハを保持し、ポリッシング中
に該ウェーハがとび出すのを防止し、かつポリッシング
パッド面を押さえ付け、該パッドの平坦性を向上させる
とともに、ポリッシングパッドのコンディショニングを
行う機能を有するものである。このような機能をもつ本
発明のコンディショナーのポリッシングパッド面に接す
る端面には、超砥粒面が設けられており、そして、この
超砥粒面は、内周側に設けられたエッジを鈍化した超砥
粒面と、それより外周側に設けられた鋭利なエッジをも
つ超砥粒面から構成されている。なお、ここでいうエッ
ジを鈍化した超砥粒面とは、砥粒面を構成する各超砥粒
のパッド面と接触する先端部分が平坦化及び／又は曲面
化していることを意味する。また、鋭利なエッジをもつ
超砥粒面とは、砥粒面を構成する各超砥粒のパッド面と
接触する先端部分が鋭利なエッジを有することを意味す
る。上記の内周側に設けられたエッジを鈍化した超砥粒
面は、主としてパッドの平坦性を向上させる作用を有
し、パッドの摩耗に関与する度合いが小さく、かつ砥粒
の摩耗が少ないことから、パッド面とウェーハ面との段
差の変化を極めて小さくすることができる。一方、外周
側に設けられた鋭利なエッジをもつ超砥粒面は、主とし
てパッドのコンディショニングに作用する。本発明にお
いては、該砥粒面のこのような作用を考慮すると、特
に、ポリッシング面に接する端面の内周側の水平平坦部
にエッジを鈍化した超砥粒面を設け、かつそれより外周
側に向かって該パッド面から遠ざかる緩斜面に鋭利なエ
ッジをもつ超砥粒面を設けたものが好適である。図２
は、本発明のコンディショナーの１例の部分断面図であ
って、このコンディショナーは、コンディショナー台金
１の端面における内周側の水平平坦部にエッジを鈍化し
た超砥粒面２ａが設けられ、かつそれより外周側に向か
ってパッド面から遠ざかる緩斜面に、鋭利なエッジをも
つ超砥粒面２ｂが設けられた構造を有している。各砥粒
は、金属結合材３によって、コンディショナー台金１の
端面に固着されている。この部分断面図において、水平
平坦部に設けられた超砥粒面２ａの長さの作用面の幅Ｌ
に対する比率及び緩斜面に設けられた超砥粒面２ｂの傾
斜角度については、特に制限はなく、コンディショナー
の大きさや形状、ポリッシングパッドの弾性、コンディ
ショナーにかかる荷重、その他条件に応じて適宜選定す
ることができる。また、図においては、緩斜面は平面と
なっているが、この緩斜面の形状についても特に制限は
なく、例えば適当なＲをもつ曲面であってもよい。

【０００６】この緩斜面の傾斜角度を変えたり、形状を
例えば曲面状などに変えることにより、砥粒に作用する
荷重を分散させ、パッドの削れ具合を任意に調節し、砥
粒の摩耗を減少させることができ、コンディショニング
機能の長寿命化を図ることができる。また、本発明にお
いては、外周面に設けられた鋭利なエッジをもつ超砥粒
面を有する部分を交換可能な構造にしてもよいし、ま
た、該部分をパッド面に対し、突き出し可能な構造とし
てもよい。図３は、本発明のコンディショナーの別の例
の部分断面図であって、このコンディショナーは、コン
ディショナー台金１の端面における内周側の水平平坦部
にエッジを鈍化した超砥粒面２ａが設けられたＡ部分
と、外周側に向かってパッド面から遠ざかる緩斜面に、
鋭利なエッジをもつ超砥粒面２ｂが設けられたＢ部分が
分割され、切れ味が低下した場合、Ｂ部分のみを交換又
はパッド面に対して突き出すことができるような構造を
有している。このような構造とすることにより、切れ味
が低下しても、コンディショナー全体を取り換える必要
がないので、工業的に極めて有利となる。図４は、緩斜
面の傾斜角度を自在に変えることができる構造をもつ本
発明ＣＭＰ装置用コンディショナーの一例である。図４
の内周側に鈍化されたエッジを有する超砥粒面を有し、
外側面に鋭いエッジを有する超砥粒面があり、該超砥粒
面がテーパー付き若しくはＲ付き台金面となっていて、
図４に示すテーパー金具ＫをボルトＧで押し込むと緩斜
面の傾斜角度が変わり、鋭いエッジ部を上に持ち上げる
ことができる。本発明のＣＭＰ装置用コンディショナー
において、ポリッシングパッド面に接する端面に設けら
れる超砥粒面を構成する砥粒としては、従来ＣＭＰ用ポ
リッシングパッドのコンディショナーにおいて慣用され
ている超砥粒、例えばダイヤモンド砥粒及びｃＢＮ（立
方晶窒化ホウ素）砥粒などが好ましく用いられる。特
に、該端面の外周側に設けられる鋭利なエッジをもつ超
砥粒面を構成する砥粒は、ダイヤモンド砥粒であること
が好ましく、ＪＩＳ Ｂ ４１３０に規定する粒度１００
／１２０〜３０／４０の粒径を有するダイヤモンド砥粒
であることがより好ましい。砥粒の粒度が上記範囲にあ
れば、ＣＭＰ用ポリッシングパッドの表面の摩耗を抑
え、該表面を好ましい状態に再生することができる。本
発明においては、前記砥粒を用い、コンディショナーの
ポリッシングパッド面に接する端面（以下、コンディシ
ョナー台金の作用面と称すことがある）に超砥粒面を設
けるが、この際、通常金属結合材が用いられる。砥粒を
コンディショナー台金の作用面に金属結合材を用いて固
着する方法に特に制限はなく、例えば、電着法、反転電
鋳法、焼結法、ロウ付け法などを挙げることができる。
これらの中で、電着法は、比較的容易かつ確実に砥粒を
コンディショナー台金の作用面に固着することができる
ので、好適に使用することができる。電着法により砥粒
を固着する場合は、コンディショナー台金の作用面に砥
粒をメッキにより仮固定し、次いで砥粒をメッキ層によ
り固着して砥粒層を形成する。すなわち、先ずコンディ
ショナー台金の作用面の砥粒固定面を残して、絶縁性の
マスキング材で被覆する。台金をメッキ浴に浸漬し、砥
粒固定面に砥粒を載置し、台金に陰極を接続し、メッキ
液に陽極を接続して、電気メッキを行って砥粒を仮固定
する。砥粒を仮固定したとき、大部分の砥粒はその一部
が台金の砥粒固定面に接した状態で仮固定されるが、台
金の砥粒固定面に接しない状態で付着し、浮き石となっ
ている砥粒が存在する場合もあるので、仮固定を終了し
たのち、砥粒層面の表面をアルミナ砥石、シリコンカー
バイド砥石などを用いて軽く研磨することにより、浮き
石を除去することが好ましい。

【０００７】浮き石を除去したのち、台金をふたたびメ
ッキ浴に浸漬し、台金に陰極を接続し、メッキ液に陽極
を接続して、砥粒固定面のメッキを行い、砥粒を固着し
て砥粒層を形成する。メッキする金属は、砥粒を固定す
ることができるものであれば特に制限はなく、例えば、
ニッケル、クロムなどを使用することができるが、ニッ
ケルを特に好適に使用することができる。ニッケルメッ
キにより砥粒を固着する場合、添加剤を加えたスルファ
ミン酸ニッケル浴を使用すると、ニッケルの硬度はＨＶ
４００〜６００程度、伸び率は１〜５％程度となり、ニ
ッケル固着層は十分な靭性を有する。砥粒を固着するメ
ッキ層の厚さは、砥粒の粒径の４０％以上であることが
好ましく、５０％以上であることがより好ましい。メッ
キ層の厚さが砥粒の粒径の４０％未満であると、砥粒を
保持する力が不足するおそれがある。砥粒層を形成した
のち、マスキング材を剥離して除去する。コンディショ
ナー台金の材質については特に制限はないが、砥粒の固
着を電着法で行う場合には、導電性材料からなるものの
中から適宜選択して用いることができる。このようなコ
ンディショナー台金としては、例えばステンレス鋼、タ
ングステン、チタン、モリブデンなどの金属や合金から
なるものが挙げられるが、これらの中で、経済性などの
面から、ステンレス鋼が好適である。このようにして、
コンディショナー台金の作用面上に設けられた超砥粒面
は、例えば図２における超砥粒面２ａのように、内周側
の超砥粒面のエッジを鈍化させることが必要である。こ
の鈍化は、例えばビトリファイドボンドダイヤモンド砥
石などで、エッジ部分を削ることにより、行うことがで
きる。なお、エッジを鈍化した超砥粒面の形成は、反転
電鋳法によって行うこともできる。本発明のＣＭＰ装置
用コンディショナーは、シリコンウェーハを保持すると
いう保持具の機能を有するとともに、ポリッシングパッ
ドの平坦性を向上させ、ウェーハに研磨の均一性をもた
らし、かつポリッシングパッドのコンディショナーとし
ての機能を有している。

【０００８】

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。 実施例１ 寸法が２４０Ｄ−１０Ｗ−２０Ｔ−１３２Ｈである台金
を、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を旋盤加工すること
により作製し、上端面（作用面）に内周側から５mmの位
置より、外周に向かって下方へ１０度の角度をもつ緩斜
面を形成した。 この台金の作用面に、粒度１００／１２０、平均粒径１
４９μｍのダイヤモンド砥粒一層分をニッケルメッキに
より仮固定したのち、クロム２０重量％を含有するニッ
ケル−クロム合金粉末を、厚さが７０μｍになるように
ニッケル電着を行い、ダイヤモンド砥粒を固着させ、ダ
イヤモンド砥粒層を形成させた。その後、水平平坦部分
の砥粒層における砥粒先端部を、ビトリファイドボンド
ダイヤモンド砥石を用い、平面研削盤で削り、粒径の約
２０％相当分を除去して、エッジを鈍化し、図２に示す
コンディショナーを作製した。 比較例１ 実施例１において、台金に緩斜面を設けずに、同様にし
てダイヤモンド砥粒層を形成させ、図１に示すような鋭
利なエッジをもつ砥粒層を有するコンディショナーを作
製した。実施例１及び比較例１で得られたコンディショ
ナーについて、被削材としてシリコンウエーハ１２５Ｄ
（５”）を採用して、発泡ポリウレタン製パッドによっ
て、「硝酸鉄（pH１.５）＋アルミナ」研磨液を用い
て、ＣＭＰ装置で、コンディショニングと同時にＣＭＰ
を行って、性能評価を行った。結果を第１表に示す。な
お、第１表のコンディショニング速度（μｍ／ｈ）は、
使用初期の値である。使用に伴い、コンディショニング
速度は低下し、５μｍ／ｈまで低下した時をコンディシ
ョナの寿命とした。

【０００９】

【表１】

【００１０】

【発明の効果】本発明のＣＭＰ装置用コンディショナー
は、シリコンウェーハを保持するという保持具の機能を
有するとともに、以下に示す効果を奏する。 （１）作用面の内周側にエッジを鈍化した超砥粒面を設
けることにより、コンディショナー及びパッドの摩耗を
抑制するとともに、砥粒の摩耗も少なく、かつパッドの
平坦性を向上させることができる。 （２）作用面の外周側に鋭利なエッジをもつ砥粒面を設
けることにより、パッドを効果的にコンディショニング
することができ、しかも該砥粒面を緩斜面にし、その傾
斜角度や形状を変えることによって、砥粒に作用する荷
重を分散させ、パッドの削れ具合を任意に変えることが
でき、また砥粒の摩耗も減少しうるので、長寿命化を図
ることができる。 （３）上記外周側の砥粒面部を交換可能や突き出し可能
にすることにより、切れ味が低下してもコンディショナ
ー全体を取り換える必要がないので、工業的に極めて有
利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来のコンディショナーの１例の部分
断面図である。

【図２】図２は、本発明のコンディショナーの１例の部
分断面図である。

【図３】図３は、本発明のコンディショナーの他の実施
態様の部分断面図である。

【図４】図４は、本発明のコンディショナーの他の実施
態様の部分断面図である。

【符号の説明】

１ コンディショナー台金 ２ 超砥粒面 ２ａ エッジを鈍化した超砥粒面 ２ｂ 鋭利なエッジをもつ超砥粒面 ３ 金属結合材 ａ 平坦部 ｂ Ｒ部 Ａ エッジを鈍化した超砥粒面が設けられた部分 Ｂ 鋭利なエッジをもつ超砥粒面が設けられた部分 Ｌ 作用面の幅 Ｋ テーパー金具 Ｇ ボルト

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＣＭＰ装置に装着され、ポリッシングパッ
   ド面を押さえ付け、該パッドを平坦化させるとともに、
   ポリッシングパッドのコンディショニングを行う機能を
   有するコンディショナーであって、ポリッシングパッド
   面に接する端面の内周側にエッジを鈍化した超砥粒面を
   設け、かつそれより外周側に鋭利なエッジをもつ超砥粒
   面を設けたことを特徴とするＣＭＰ装置用コンディショ
   ナー。
2. 【請求項２】ポリッシングパッド面に接する端面の内周
   側の水平平坦部にエッジを鈍化した超砥粒面を設け、か
   つそれより外周側に向かって該パッド面から遠ざかる緩
   斜面に鋭利なエッジをもつ超砥粒面を設けた請求項１記
   載のＣＭＰ装置用コンディショナー。
3. 【請求項３】緩斜面の傾斜角度を自在に変えることがで
   きる構造をもつ請求項２記載のＣＭＰ装置用コンディシ
   ョナー。
4. 【請求項４】外周側に設けられた鋭利なエッジをもつ超
   砥粒面を有する部分が交換可能な構造をもつ請求項１、
   請求項２又は請求項３記載のＣＭＰ装置用コンディショ
   ナー。
5. 【請求項５】外周側に設けられた鋭利なエッジをもつ超
   砥粒面を有する部分が、ポリッシングパッド面に対し、
   突き出し可能な構造をもつ請求項１、請求項２又は請求
   項３記載のＣＭＰ装置用コンディショナー。
6. 【請求項６】シリコンウェーハの保持具となっている請
   求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５記
   載のＣＭＰ装置用コンディショナー。